東京大学 農学生命科学研究科 プレスリリース

私たちヒトをはじめとする真核生物の遺伝情報は、生殖細胞を通して正確に次世代へと受け継がれます。ところが、真核生物のゲノムには、正確な遺伝情報伝達をかく乱するような、トランスポゾンと呼ばれる利己的因子群が存在します。近年、PIWI-interacting RNA (piRNA) と呼ばれる小さなRNAが、トランスポゾンのはたらきを抑えることで、次世代への正確な遺伝情報の伝達を助けている、ということが分かってきました。piRNA経路に異常が生じると、トランスポゾンのはたらきが活発化するのみならず、精子形成や卵形成が正常に行われなくなり不妊になることがショウジョウバエやマウスを用いた研究で明らかになっています。しかしながら、これまで、piRNA経路の中核分子であるpiRNA がつくられるしくみは未解明のままでした。私たちは今回、鱗翅目昆虫であるカイコの卵巣に由来する培養細胞を活用することでpiRNAがつくられる様子を試験管内で再現することに世界ではじめて成功し、piRNAがつくられる過程を明らかにしました。本発見を土台として、以後、piRNAが生殖細胞ゲノムをトランスポゾンから守る分子基盤が明らかにされていくことが期待されます。本成果は、本研究科 生産・環境生物学専攻 昆虫遺伝研究室と、分子細胞生物学研究所 RNA機能研究分野の共同研究によるものです。

私たちヒトをはじめとする真核生物のゲノム¹⁾には、トランスポゾン²⁾と呼ばれる、ゲノムを自由に飛び回ることのできる利己的な因子群が存在します。トランスポゾンの転移はときに有用な遺伝情報を破壊し、甚大な負の効果をもたらすことがあります。特に、遺伝情報を次世代へと伝達する役割を担う生殖細胞³⁾ゲノムにおける転移は、適切に抑制されていなければなりません。

近年、PIWI-interacting RNA (piRNA)と呼ばれる23-30塩基長の小さなRNAと、それらの結合パートナーであるPIWIサブファミリータンパク質群が、生殖細胞ゲノムをトランスポゾンから保護していることが明らかとなってきました。真核生物のゲノム中には、かつて飛び回ったトランスポゾンの残骸が集積した領域と、いまなお飛び回る活性を持つトランスポゾンが存在する領域があります。piRNAの多くはトランスポゾンの残骸領域に由来し、トランスポゾンに相補的な塩基配列⁴⁾を持ちます。これらのpiRNAが核酸切断活性を有するPIWIタンパク質群をトランスポゾンRNAに導くことで、自身の配列特異的にトランスポゾンRNAの切断を引き起こしていると考えられています。ショウジョウバエ、マウスなどにおいては、piRNA経路に異常が生じると、トランスポゾン活発化するだけでなく、卵形成、精子形成が正常に行われなくなり、不妊になることが分かっています。

さて、トランスポゾン防御機構の中核であるpiRNAがどのようにつくられるか、ということは現在まで殆ど明らかになっていませんでした。私たちは、カイコ卵巣に由来する培養細胞⁵⁾であるBmN4細胞から調製したタンパク質抽出物を用いて、piRNAがつくられる様子を試験管内で再現することに成功しました。これにより、成熟型のpiRNAよりも長い一本鎖のRNAがPIWIタンパク質に取り込まれ、その後に「トリマー」と名付けた未知の核酸分解酵素によって適切な長さに削り込まれたあと、さらに末端が修飾されることにより成熟体piRNAができあがる、ということが分かりました(図)。興味深いことに、今回明らかとなったpiRNAのつくられ方は、これまでに知られている他の小分子RNA群のつくられ方とはまったく異なっていました。

他のクラスに属する小分子RNAであるsmall interfering RNA (siRNA)やmicroRNA (miRNA)に関する研究は、試験管内でこれらの小分子RNAがつくられる、あるいは機能するような生化学的なシステムが構築されたことによって飛躍的に進展し、基礎、応用問わずさまざまな研究領域をうみだしてきました。piRNAは、単純に生殖細胞ゲノムをトランスポゾンから守っているだけではなく、精子形成、卵形成という重要な生命現象にかかわることが示唆されています。本成果によって、piRNAに関連した生物学的研究が大きく進展することが期待されます。

和名: モレキュラーセル
英名: Molecular Cell
掲載日時: 9月16日号に掲載
著者: Shinpei Kawaoka, Natsuko Izumi, Susumu Katsuma, Yukihide Tomari
論文題目: 3´ end formation of PIWI-interacting RNAs in vitro

東京大学大学院農学生命科学研究科
昆虫遺伝研究室
准教授　勝間　進(かつま　すすむ)
TEL: 03-5841-8994　FAX: 03-5841-8993
E-mail: katsuma@ss.ab.a.u-tokyo.ac.jp

東京大学分子細胞生物学研究所
准教授　泊　幸秀(とまり　ゆきひで)
TEL： 03-5841-7839　FAX： 03-5841-8485
E-mail： tomari@iam.u-tokyo.ac.jp

1) ゲノム: デオキシリボ核酸(DNA)からなる、生命の設計図。ゲノム情報はリボ核酸(RNA)のかたちで読み取られる。RNAは、そのままで機能する場合と、タンパク質へと翻訳される場合がある。

2) トランスポゾン: ゲノム中を自由に転移する能力をもつDNA配列の総称。トランスポゾンの転移によって、ゲノム上の重要な配列の構造が破壊されることがある。

3) 生殖細胞: 次世代へとゲノム情報を伝える役割を担う細胞。

4) 塩基配列: 遺伝情報の構成要素である塩基の並び方のこと。塩基は4種類存在し、2種類ずつペアを組む。ペアを組む配列を相補的な配列と呼ぶ。

5) 培養細胞: 生体組織に由来する半不死化細胞のこと。適切な条件であれば長期間安定的に培養することができる。